Дуговая сварка в среде углекислого газа

Дуговая сварка сталей в среде углекислого газа угольным электродом впервые разработана в 1949 году в Киевском институте электросварки. В
1952 году в бывшем СССР впервые в мировой практике разработаны металлургические основы получения качественных швов при сварке окислительных газах и создан способ дуговой сварки в среде углекислого газа плавящимся электродом. В настоящее время объем применения этого способа сварки составляет около 90% всех способов дуговой сварки в среде защитных газов. Углекислый газ является одним из самых дешевых защитных газов.

Для получения сварных швов высокого качества необходимо использовать сварочную углекислоту (99…99.5% СО₂) или пищевую углекислоту с дополнительной ее сушкой от избытка влаги. При централизованном питании газ на рабочие места подается по трубопроводу от рампы баллонов или из изотермической емкости. В баллонах углекислота находится в жидком состоянии под давлением 7.5 МПа. В стандартный баллон емкостью 40 л заливается 25 кг жидкой углекислоты. При отборе из баллона углекислота испаряется и превращается в углекислый газ, из одного баллона получают примерно 12 м 3 газа.

На выходе из баллона устанавливается электрический подогреватель газа, осушитель газа, редуктор для понижения давления газа, после редуктора газ по шлангу подается в сварочную горелку. На выходе из баллона газ расширяется и сильно охлаждается, без подогрева газа замерзает редуктор. В осушителе углекислый газ проходит через вещество, (безводный медный купорос, селикагель), поглощающее водяной пар. Водяной пар в зоне горения дуги диссоциирует на кислород и водород, что ухудшает защиту.

Углекислый газ защищает расплавленный металл шва в первую очередь от азота воздуха, который вызывает пористость и хрупкость шва. В столбе дуги углекислый газ частично диссоциирует с образованием окиси углерода СО и свободного кислорода. Такая среда является окислительной и достаточна для защиты при сварке углеродистых, малолегированных и некоторых высоколегированных сталей. Для качественной сварки этих сталей обязательным условием является применение специальных сортов сварочной проволоки с повышенным содержанием раскислителей (марганца, кремния, алюминия, титана). Эти металлы раскисляют зону расплавления, что повышает качество сварного шва. Так при сварке сталей одной из причин пористости сварного шва является окись углерода, которая образуется при окислении углерода в расплавленном металле в зоне кристаллизации сварного шва. При достаточном количестве марганца и кремния в расплавленном металле реакция окисления углерода подавляется, что устраняет пористость и обеспечивает получение качественных сварных швов.

Для дуговой сварки в среде углекислого газа ответственных конструкций из высокопрочных сталей нашли широкое применение порошковые проволоки, которые обеспечивают высокую стабильность горения дуги, незначительное разбрызгивание расплавленного металла, хороший внешний вид сварных швов, высокие механические свойства металла шва. В состав сердечника порошковой проволоки входят шлакообразующие, раскисляющие, легирующие элементы.

Для сварки углеродистых и малолегированных сталей широко применяются смеси углекислого газа и кислорода (70…80% СО₂, остальное О₂). Кислород способствует повышению температуры и жидкотекучести металла сварочной ванны, снижает поверхностное натяжение расплавленного металла, связывает водород и уменьшает его влияние на образование пор, повышает стабильность горения дуги, уменьшает разбрызгивание металла, обеспечивает получение плотного, ровного и гладкого шва.

При дуговой сварке в среде углекислого газа применяется полуавтоматическая и автоматическая сварка сварочными проволоками диаметром 0.5…3 мм. Сварка полуавтоматами возможна во всех пространственных положениях. Для полуавтоматов используют облегченные горелки с механизмами подачи проволоки толкающего типа.

Применяется постоянный ток обратной полярности, обеспечивающий стабильное горение дуги в углекислом газе. Чтобы уменьшить разбрызгивание расплавленного металла и уменьшить выгорание легирующих элементов сварку ведут очень короткой или погруженной в расплавленный металл дугой с частыми короткими замыканиями. Высокая плотность тока обеспечивает мелкокапельный перенос расплавленного металла проволоки.

Чтобы в этих условиях обеспечить восстановление длины дуги саморегулированием, применяют источники питания постоянного тока с жесткими или возрастающими внешними характеристиками. При уменьшении длины дуги или коротком замыкании происходит существенное увеличение тока, что вызывает увеличение скорости плавления проволоки или разрыв замыкающей перемычки. Горение дуги возобновляется при установившейся длине дуги.

Дата добавления: 2015-07-18 ; просмотров: 1189 ; ЗАКАЗАТЬ НАПИСАНИЕ РАБОТЫ

Применение сварки в среде углекислого газа позволило механизировать сварочные работы при изготовлении ответственных сварных конструкций и заменить во многих случаях ручную дуговую сварку полуавтоматической и автоматической сваркой. Полуавтоматическая сварка в среде углекислого газа позволяет механизировать процесс сварки в монтажных условиях, когда применение других методов механизированной сварки исключается или затруднено. Дуговая сварка в углекислом газе плавящимися электродами находит большое применение. Сравнительная дешевизна углекислого газа, высокое ка-чество сварных швов при правильно выбранной технологии сварки, а также ряд технологических преимуществ открывает этому способу широкие перспективы в различных отраслях машиностроения и строительства. Дуговая сварка в угле-кислом газе оказывается особенно целесообразной при изготовлении изделий из тонкого металла и различных малогабаритных деталей. Этот способ также внедряют при сварке соединений из толстого металла со швами небольшой протяженности и различной формы, расположенными в разных плоскостях. Указанным способом удается механизировать сварку вертикальных соединений, обеспечить хороший провар корня стыковых соединений без прожогов на весу, без подкладных колец и т. д.

В углекислом газе не следует сваривать изделия из толстого металла со швами большой протяженности и правильной формы (особенно в массовом производстве, где может быть применена дуговая сварка под флюсом).

Наиболее целесообразным в большинстве случаев оказывается метод полуавтоматической сварки в углекислом газе. В развитии этого способа сварки в настоящее время определилось два основных направления:

— сварка проволокой диаметром 1,6 — 2,0мм (это направление создано ЦНИИТМАШем);

— сварка тонкой проволокой диаметром 0,5 – 1,2мм (это направление созда-но институтом электросварки).

Проволока диаметром 0,5 – 2,0 мм применяется для сварки в различных пространственных положениях конструкций с толщиной свариваемых элемен-тов от 0,8 до 4 мм. На турбинном заводе, изготавливающем толстостенные сварные кон-струкции, наибольшее применение нашел способ сварки в углекислом газе проволокой диаметром 1,6 – 2,0 мм. Автоматическую сварку в углекислом газе рекомендуется применять при массовом изготовлении малогабаритных деталей с угловыми соединениями, при выполнении кольцевых поворотных стыков без подкладок соединений тол-стого металла с тонким, а также при выполнении многослойных швов на со-единениях с глубокой разделкой кромок и т.д. Для сварки толстого металла проволокой диаметром 1,6-2,5мм можно использовать любую сварочную авто-матическую головку, но со специальным мундштуком. Прогрессивный способ сварки в защитной среде углекислого газа имеет следующие технические и экономические преимущества перед другими спосо-бами сварки:

— производительность сварки в углекислом газе при одинаковых режимах на 25% выше производительности сварки под флюсом и в 3 раза выше производительности ручной дуговой сварки. Количество расплавленного металла при полуавтоматической сварке на обратной полярности в угле-кислом газе составляют 6-8 кг/час;

— стоимость одного килограмма металла, наплавленного в углекислом газе, на 20% дешевле, чем при сварке под флюсом, в 2 раза дешевле, чем при ручной дуговой сварке качественными электродами;

— хорошая видимость открытой дуги обеспечивает точность наложения швов, что особенно важно при полуавтоматической сварке криволиней-ных, прерывистых и труднодоступных швов и различных монтажных швов, для которых затруднено применение сварки под флюсом.

ВЫБОР СВАРОЧНЫХ МАТЕРИАЛОВ

На механические и физико-химические свойства металла шва весьма существенное влияние оказывает его химический состав. Поэтому для получения свойств, удовлетворяющих требованиям надежности конструкции при эксплуатации, важным является правильный выбор сварочных материалов (проволоки, защитных газов, флюсов).

При выборе сварочных материалов следует исходить из следующих условий:

— возможности осуществлять сварку в тех положениях, в каких будет находиться во время сварки изделие;

— возможности получения плотных беспористых швов;

— возможности получения металла шва, обладающего высокой технологической прочностью, т.е. не склонного к образованию горячих трещин;

— возможности получения металла шва, имеющего требуемую эксплуатационную прочность;

В зависимости от предъявляемых к изделию специальных требований, при выборе сварочных материалов необходимо учитывать дополнительное требование – получение металла шва, обладающего комплексом специальных свойств (напр., высокой коррозионной стойкостью, жаропрочностью, износостойкостью и др.).

При ручной сварке конструкционных углеродистых и легированных сталей выбор электродов производится по ГОСТ 9467-75. Этот ГОСТ предусматривает два класса электродов. Первый класс — электроды для сварки углеродистых и легированных конструкционных сталей, требования к которым установлены по механическим свойствам наплавленного металла и содержанию в нем серы. Второй класс регламентирует требования к электродам для сварки легированных теплоустойчивых сталей, и электроды классифицируются по механическим свойствам и химическому составу металла шва. ГОСТ 10052-75 устанавливает требования на электроды для сварки высоколегированных сталей с особыми свойствами. Выбор стальной сварочной проволоки для механизированных способов сварки производится по ГОСТ 2246–70. Он предусматривает выпуск стальной сварочной проволоки для сварки, наплавки диаметром от 0,3 до 12мм. Сварочная проволока для сварки алюминия и его сплавов поставляется по ГОСТу 7871-75. Проволоку выбирают с учетом: -способа сварки; — рассчитанных режимов сварки; — применяемого сварочного оборудования; — требуемых свойств сварных соединений; — марки свариваемых сталей. Выбор флюсов для сварки производится по ГОСТу 9087-81. Этот ГОСТ предусматривает 3 группы флюсов: — для сварки углеродистых, низколегированных и среднелегированных сталей (АН-348А, АН-348АМ, ОС4-45,ОСЦ-45М, АН-60, АН-22, АН-64, ФЦ-9); — для сварки высоколегированных сталей (АН-26, АН-22,АН-30, АНФ-16, Ф-17, ФЦК-С, К-8); — для сварки цветных металлов и сплавов. Флюсы выбирают в сочетании со сварочной проволокой и учитывают: — марку и толщину свариваемой стали; — способ сварки; — требования к свойствам сварных соединений. В качестве защитных газов при сварке применяют инертные газы и активные газы. Аргон, предназначенный для сварки, регламентируется ГОСТом 10157-79, поставляется высшего, первого и второго сорта. Аргон второго сорта предназначен для сварки нержавеющих сталей. Гелий поставляется по ГОСТ 20461-75. Для сварки применяется технический гелий с содержанием гелия 99,8%. Наиболее распространенным из активных газов является углекислый газ. Для сварочных целей обычно применяется углекислота, поставляемая по разработанным ЦНИИТМАШем техническим условиям. Защитные газовые смеси необходимо применять в соответствии с технологической инструкцией «ЭМК Атоммаш» 02859.25090.00201. Инертные газы применяют для сварки корневых швов легированных сталей, а также для сварки высоколегированных сталей, цветных металлов и сплавов. Для сварки углеродистых и низколегированных сталей может быть использована углекислота пищевая по ГОСТ 8050-85. Общие принципы выбора сварочных материалов можно характеризовать следующими условиями: — обеспечением требуемой эксплуатационной прочности сварного соединения, т. е. определенного уровня механических свойств металла шва в сочетании с основным металлом; — обеспечением необходимой сплошности металла шва (без пор и шлаковых включений или с минимальными размерами и количеством указанных дефектов на единицу длины шва); — отсутствием холодных и горячих трещин, т. е. получением металла шва с достаточной технологической прочностью; — получением комплекса специальных свойств металла шва (жаропрочности, жаростойкости, коррозийной стойкости). После обоснования выбора сварочных материалов для принятых в проекте способов сварки необходимо привести в форме таблиц химический состав этих материалов или механические свойства и химический состав наплавленного металла.

ОБОСНОВАНИЕ РЕЖИМОВ СВАРКИ

Обоснование режимов сварки следует осуществлять по рекомендациям в нормативно-технической документации либо путем расчета, по существующим методикам на основе рассмотренных показателей, свариваемости металла, выбранного способа сварки и сварочных материалов. При этом следует исходить из следующих условий:

— получения швов с оптимальными размерами и формой;

— обеспечения такого термического цикла, который обеспечит оптимальные свойства зоны термического влияния и металла шва.

Сварка металла в защитной среде углекислого газа считается профессионалами одной из самых эффективных. Особенно когда дело касается соединения тонких по толщине заготовок или деталей. Именно поэтому сварка в углекислом газе используется для ремонта кузовов автомобилей, минимальная толщина которых составляет 0,5 мм. К основным достоинствам данного вида сваривания металлов можно отнести:

достаточно высокую производительность;
незначительный нагрев свариваемых заготовок, что приводит к минимальному их короблению;
варить швы можно в любом положении, и это не составляет большого труда, и не влияет на качество конечного результата;
благоприятные условия проведения сварочного процесса;
минимальные затраты, так как сам углекислый газ стоит очень дешево.

Проводить дуговую сварку в среде углекислого газа можно ручным способом, при помощи полуавтоматов и автоматов. В небольших цехах по ремонту автомобилей используется именно сварка в среде углекислого газа полуавтоматами. Это удобно, это позволяет регулировать подачу присадочной проволоки в зону сваривания, скорость которой варьируется в пределах 148-600 м/ч.

Режим и техника сварки

На что необходимо обратить внимание, проводя полуавтоматическую сварку в среде углекислого газа.

Сварка металлов проводится на постоянном токе при обратной полярности. Это когда минус подключается к заготовке, а плюс к электроду. В данном случае с полуавтоматами к присадочной проволоке.
Силу тока регулируют в зависимости от толщины свариваемых металлов, от скорости подачи присадочной проволоки в зону сваривания и от напряжения электрической дуги.
Напряжение дуги является очень важной составляющей сварочного процесса. От его значения зависят размеры сварного шва. К примеру, если напряжение большое, то ширина шва в процессе сварки также становится большой.
Вылет проволоки тоже играет немаловажную роль. Если вылет небольшой, то сварщик плохо видит и сам процесс соединения, и зону сварки. При большом вылете проволоки сварочная дуга дестабилизируется.

Поэтому качество сварки зависит от вылета проволоки из горелки, а также от скорости перемещения последней. Если скорость будет большая, то сварка произойдет прерывистыми участками. Если малая, то расплавленный металл заполнит не только зазор между заготовками, но и вытечет за его пределы, что приведет к последующей доработке стыка. К тому же при небольшой скорости появляется вероятность получения прожогов.

Что касается техники при сварке полуавтоматом, то она достаточно проста и не требует каких-то особых манипуляций с горелкой. В первую очередь перед началом сварочных работ необходимо убедиться, что углекислый газ подается из баллона на горелку. Для этого нужно всего лишь открыть вентиль на редукторе баллона и подставить ладонь под горелку. Небольшой ветерок говорит о том, что система подачи работает нормально.

Кстати, давление углекислоты в баллоне должно составлять 60-70 кгс/см², что контролируется манометром на редукторе, а вот давление самого газа в горелке показывает второй манометр на редукторе баллона. Его значение должно быть 2,0 кгс/см². Этот показатель не является абсолютным, потому что сам сварочный процесс может проходить при разных условиях. К примеру, сквозняки в цеху, на открытой площадке. При таких условиях давление на горелке необходимо поднять, что увеличит расход углекислоты.

Все готово, можно приступать к сварке. Для этого проволоку необходимо выпустить из горелки немного больше, чтобы легко ею можно было бы дотронуться до свариваемого металла для возбуждения дуги. Конец проволоки устанавливается на поверхность металлической заготовки, после чего сварщик нажимает на кнопку пуск на рукоятке горелки. Происходит поджиг дуги, после чего проволока убирается до необходимого размера. Открывается вентиль на редукторе баллона с углекислым газом, производится подача углекислоты в зону сварки.

В процессе углекислотной сварки горелку можно перемещать в любом направлении. Здесь важно, чтобы для сварщика данное направление было удобным. То есть, он смог бы отслеживать и контролировать сварочную операцию. При этом горелка должна располагаться под углом 60-70° по отношению к свариваемой поверхности заготовок.

Специалисты же отмечают различия направления сварки и угла наклона проволоки. К примеру, если варить слева направо, то горелку лучше держать углом назад. Если справа налево, то углом вперед. В первом случае глубина сваривания резко увеличивается, а вот ширина сварного шва заметно уменьшается. Во втором случае, наоборот, глубина проварки уменьшается, а ширина шва увеличивается. Последний вариант лучше всего подходит к сварке тонкостенных металлических деталей.

Внимание! Завершать сварочный процесс необходимо полным заполнением кратера расплавленным металлом. Подачу проволоки после этого нужно прекращать, а вот с отключением газа лучше повременить. Здесь важно, чтобы расплавленный металл в сварочной ванне остывал постепенно. Поэтому стоит немного поддержать температурный режим до того, пока металл не застынет.

Особенности процесса сваривания

Сварка в углекислом газе полуавтоматом – это практически тот же процесс, что и сварка под флюсом. Все дело в том, что не все металлы могут свариваться без защитного слоя. Но сваривание углекислотой – это в первую очередь дешево, потому другие виды сварки полуавтоматами также имеют высокое качество конечного результата.

В чем суть применения углекислого газа. Он защищает зону сварки от окружающего воздуха, в котором присутствует влажность и кислород. Но под действием высоких температур углекислота распадается на тот же кислород и угарный газ. Так вот этот кислород начинает взаимодействовать с металлом, окисляя его. Что, конечно, не очень хорошо. Вот почему так важно нейтрализовать окисляющий химический элемент.

Это можно сделать одним единственным способом – подавать в зону сварки металл, в состав которого входят раскислители. А это кремний или марганец. Так как эти два металла более активны, чем железо, то они первыми и вступают в реакцию с кислородом. Поэтому для сварки в углекислоте используется стальная проволока, в состав которой входят два эти элемента. Это очень важный момент. При этом считается, что оптимальное соотношение марганца к кремнию в составе присадочной проволоки должно быть 1,5-2,0. То есть, марганца должно быть почти в два раза больше.

Самое главное, что при взаимодействии кислорода с марганцем и кремнием образуются оксиды этих металлов. Они не растворяются в жидком расплавленном металле, образованном в сварочной ванне. Но хорошо взаимодействуют друг с другом, превращаясь в шлак, который легко выводится из зоны сваривания. Вот несколько особенностей сварки в углекислом газе.

Комплектность оборудования

Сварочный пост комплектуется нижеследующим оборудованием и принадлежностями.

Источник постоянного тока. Это может быть сварочный трансформатор или инвертор. Второй источник поддерживает стабильную дугу.
Газовый баллон вместимостью 40 литров, куда может поместиться углекислый газ весом 25 кг. Его спокойно хватит на непрерывную работу в течение 15 часов.
Подающий механизм. Сегодня производители предлагают огромнейший ассортимент этого устройства, так что выбрать есть из чего. К примеру, очень популярная модель А-547-У. Механизм подачи располагается в небольшом металлическом чемоданчике, который легко переносится. Некоторые модели снабжаются ремнем для переноски на плече. В чемоданчик помещается и катушка с проволокой. Сюда же установлен газовый клапан, как вторичный защитный элемент. Первый, понятно, редуктор на баллоне.
Промежуточным элементом от баллона до горелки – осушитель (подогреватель электрический) газа.
Горелка с комплектом шлангов и кабелей.

Итак, сварка металлических заготовок в среде защитного углекислого газа – эффективный способ сваривания. Он зависит от выбранного режима работы и техники проведения процесса. А в качестве конечного результата получается хорошо сформированный шов с отличным проваром по всей глубине зазора, плюс великолепные технические свойства наплавленного металла.